基本放大电路.docx
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基本放大电路
第二章基本放大电路
本章主要内容〗
本章重点讲述基本放大电路的组成原理和分析方法，分别由BJT和FET组成的三种组态基本放大电路的特点和应用场合。
首先介绍基本放大电路的组成原则。
三极管的低频小信号模型。
固定偏置共射放大电路的图解法和等效电路法静态和动态分析，最大不失真输出电压和波形失真分析。
分压式偏置共射放大电路的分析以及稳定静态工作点的方法。
共集和共基放大电路的分析，由BJT构成的三种组态放大电路的特点和应用场合。
然后介绍由FET构成的共源、共漏和共栅放大电路的静态和动态分析、特点和应用场合。
〖学时分配〗
本章有5讲，每讲两个学时。
第四讲放大电路的主要性能指标及基本共射放大电路组成原理
一、主要内容
1、放大的概念
在电子电路中，放大的对象是变化量，常用的测试信号是正弦波。
放大电路放大的本质是在输入信号的作用下，通过有源元件（BJT或FET）对直流电源的能量进行控制和转换，
使负载从电源中获得输出信号的能量，比信号源向放大电路提供的能量大的多。
因此，电子电路放大的基本特征是功率放大，表现为输出电压大于输入电压，输出电流大于输入电流，或者二者兼而有之。
在放大电路中必须存在能够控制能量的元件，即有源元件，如BJT和FET等。
放大的前
提是不失真，只有在不失真的情况下放大才有意义。
2、电路的主要性能指标
1）输入电阻Ri：
从输入端看进去的等效电阻，反映放大电路从信号源索取电流的大小。
2）输出电阻Ro：
从输出端看进去的等效输出信号源的内阻，说明放大电路带负载的能力。
3）放大倍数（或增益）：
输出变化量幅值与输入变化量幅值之比。
或二者的正弦交流值之比，用以衡量电路的放大能力。
根据放大电路输入量和输出量为电压或电流的不同，有四种不同的放大倍数：
电压放大倍数、电流放大倍数、互阻放大倍数和互导放大倍数。
UoIo
Auu二Au二Aii=Ai二
电压放大倍数定义为：
Ui电流放大倍数定义为：
Ii
注意：
放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，只有在放大电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。
4）最大不失真输出电压：
未产生截止失真和饱和失真时，最大输出信号的正弦有效值或峰值。
一般用有效值Uom表示；也可以用峰一峰值Uopp表示。
5）上限频率、下限频率和通频带：
由于放大电路中存在电感、电容及半导体器件结电
容，在输入信号频率较低或较高时，放大倍数的幅值会下降并产生相移。
一般，放大电路只
适合于放大某一特定频率范围内的信号。
如P75图2.1.4所示。
上限频率fH（或称为上限截止频率）：
在信号频率下降到一定程度时，放大倍数的数值等于中频段的0.707倍时的频率值即为上限频率。
下限频率fL（或称为下限截止频率）：
在信号频率上升到一定程度时，放大倍数的数值等于中频段的0.707倍时的频率值即为上限频率。
通频带fBW：
fBW=fH-fL通频带越宽，表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。
6）最大输出功率Pom与效率：
POM是在输出信号基本不失真的情况下，负载能够从放大电路获得的最大功率，是负载
从直流电源获得的信号功率。
此时，输出电压达到最大不失真输出电压。
为直流电源能量的利用率。
p/式中Pv为电源消耗的功率
7）非线性失真系数D:
在某一正弦信号输入下，输出波形因放大器件的非线性特性而产生失真，其谐波分量的总有效值与基波分量之比。
即
A1，式中：
A1为基波幅值，A、A3…为各次谐波幅值；
3、两种常见的共射放大电路组成及各部分作用1）直接耦合共射放大电路：
信号源与放大
电路、放大电路与负载之间均直接相连。
适合于放大直流信号和变化缓慢的交流信号。
2）
阻容耦合共射放大电路：
信号源与放大电路、放大电路与负载之间均通过耦合电容相连。
不
能放大直流信号和变化缓慢的交流信号；只能放大某一频段范围的信号。
如P72图2.7所示。
3）放大电路中元件及作用
（1）三极管T――起放大作用。
（2）集电极负载电阻FC——将变化的集电极电流转换为电压输出。
（3）偏置电路Vcc,Fb――使三极管工作在放大区，Vx还为输出提供能量。
（4）耦合电容C,C2――输入电容C保证信号加到发射结，不影响发射结偏置。
输出
电容C2保证信号输送到负载，不影响集电结偏置。
4、静态工作点设置的必要性
对放大电路的基本要求一是不失真，二是能放大。
只有保证在交流信号的整个周期内三
极管均处于放大状态，输出信号才不会产生失真。
故需要设置合适的静态工作点。
Q点不仅
电路是否会产生失真，而且影响放大电路几乎所有的动态参数。
5、基本共射放大电路的工作原理及波形分析
对于基本放大电路，只有设置合适的静态工作点，使交流信号驮载在直流分量之上，以
保证晶体管在输入信号的整个周期内始终工作在放大状态，输出电压波形才不会产生非线性
失真。
波形分析见P74图2.8所示。
基本共射放大电路的电压放大作用是利用晶体管的电流放大作用，并依靠将电流的变化
转化为电压的变化来实现的。
6、放大电路的组成原则
1）为了使BJT工作于放大区、FET工作于恒流区，必须给放大电路设置合适的静态工作
点，以保证放大电路不失真。
2）在输入回路加入Ui应能引起Ube的变化,从而引起iB和ic的变化。
3）输出回路的接法应当使ic尽可能多地流到负载Rl中去，或者说应将集电极电流的变化转化为电压的变化送到输出端。
二、本讲重点
1、放大的本质；
2、放大电路工作原理及静态工作点的作用；
3、利用放大电路的组成原则判断放大电路能否正常工作；
三、本讲难点
1、放大电路静态工作点的设置方法；
2、利用放大电路的组成原则判断放大电路能否正常工作；
四、教学组织过程
本讲以教师讲授为主。
用多媒体演示放大电路的组成原理、信号传输过程和设置合适Q
点的必要性等，便于学生理解和掌握。
用仿真分析判断放大电路能否正常工作可以启发讨论。
第五、六讲放大电路的基本分析方法
、主要内容
1、直流通路、交流通路及其画法
（1）直流通路：
在直流电源的作用下，直流电流流经的通路，用于求解静态工作点的值。
（2）直流通路的画法：
电容视为开路、电感视为短路；信号源视为短路，但应保留内阻。
（3）交流通路：
在输入信号作用下，交流信号流经的通路，用于研究和求解动态参数。
（4）交流通路的画法：
耦合电容视为短路；无内阻直流电源视为短路；
2、放大电路的静态分析和动态分析
（1）静态分析：
就是求解静态工作点Q在输入信号为零时，BJT或FET各电极间的电流和电压就是Q点。
可用估算法或图解法求解。
（2）动态分析就是求解各动态参数和分析输出波形。
通常，利用三极管h参数等效模
型画出放大电路在小信号作用下的微变等效电路，并进而计算输入电阻、输出电阻与电压放
大倍数。
或利用图解法确定最大不失真输出电压的幅值、分析非线性失真等情况。
放大电路的分析应遵循“先静态，后动态”。
的原则，只有静态工作点合适，动态分析
才有意义；Q点不但影响电路输出信号是否失真，而且与动态参数密切相关。
3、图解法确定Q点和最大不失真输出电压
（1）用图解法确定Q点的步骤：
已知晶体管的输出特性曲线族t由直流通路求得Ibqt列直流通路的输出回路电压方程得直流负载线t在输出特性曲线平面上作出直流负载线t
由Ibq所确定的输出特性曲线与直流负载线的交点即为Q点。
（2）输出波形的非线性失真
非线性失真包括饱和失真和截止失真。
饱和失真是由于放大电路中三极管工作在饱和区而引起的非线性失真。
截止失真是由于放大电路中三极管工作在截止区而引起的非线性失真。
放大电路要想获得大的不失真输出，需要满足两个条件：
一是Q点要设置在输出特性
曲线放大区的中间部位；二是要有合适的交流负载线。
（3）直流负载线和交流负载线
由放大电路输出回路电压方程所确定的直线称为负载线。
由直流通路确定的负载线为
直流负载线；由交流通路确定的负载线为交流负载线，可通过Q、B〔UceqTcq（Rc//Rl）,0I两点作出。
对于放大电路与负载直接耦合的情况，直流负载线与交流负载线是同一条直线；而对于阻容耦合放大电路，只有在空载情况下，两条直线才合二为一。
（4）最大不失真输出电压有效值Uom
1•{「},UOM—MinUCEQ-uces,1CQRl
<2式中：
Rl=Rc〃Rl
说明：
当放大电路带上负载后，在输入信号不变的情况下，输出信号的幅度变小。
4、等效电路法求解静态工作点
即利用直流通路估算静态工作点UBEQ、Ibq、Icq和UCEQ。
其中硅管的UBEQ=0.7v；锗管的UBEQ=0.5V，无须求解；其余三个参数的求解方法为:
（1）列放大电路输入回路电压方程可求得
（2）根据放大区三极管电流方程Icq="BQ可求得Icq
（3）列放大电路输出回路电压方程可求得
5、BJT的h参数等效模型
（1）BJT等效模型的建立：
三极管可以用一个二端口模型来代替；对于低频模型可以
不考虑结电容的影响；小信号意味着三极管近似在线性条件下工作，微变也具有线性同
样的含义。
（2）
BJT的h参数方程及等效模型
Ube—h|ieIbh〔2eUce
Ic=hzieIb+h22eUce
（3）h参数的物理意义
近似公式计算如下：
1h11e即rbe：
三极管的交流输入电阻，对于小功率三极管可用
1.31所示。
BJT的h参数等效模型如P31图
2h12e电压反馈系数：
反映三极管内部的电压反馈，因数值很小，一般可以忽略。
3h21e:
在小信号作用时，表示晶体管在Q点附近的的电流放大系数1。
4h22e：
三极管输出电导，反映输出特性上翘的程度。
常称1/h22e为c-e间动态电阻Le。
通常h22e的值小于10-5s，当其与电流源并联时，因分流极小，可作开路处理。
注意：
h参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。
h参数与工作点有关，在放大
区基本不变。
h参数都是微变参数，所以只适合对交流小信号的分析
6、等效电路法求解放大电路的动态参数
将BJT的h参数等效模型代入放大电路的交流通路，即为放大电路的微变等效电路。
放大电路的动态分析就是利用放大电路的微变等效电路计算输入电阻、输出电阻与电压放大
倍数。
、本讲重点
1、基本放大电路静态工作点的估算；
2、BJT的h参数等效模型及放大电路输入电阻、输出电阻与电压放大倍数的计算；
三、本讲难点
1、放大电路的微变等效电路的画法；
2、放大电路输入电阻、输出电阻与电压放大倍数的计算；
四、教学组织过程
本讲以教师讲授为主。
用多媒体演示图解法求Q点、Uom及分析非线形失真；用直流通路估算Q点；BJT的h参数模型建立、微变等效电路的画法及动态参数计算等，便于学生理解和掌握。
第七讲放大电路静态工作点的稳定、共集放大电路和共基放大电路
一、主要内容
1、静态工作点稳定的必要性
静态工作点不但决定了电路是否产生失真，而且还影响着电压放大倍数和输入电阻等动态参数。
实际上，电源电压的波动、元件老化以及因温度变化所引起的晶体管参数变化，都会造成静态工作点的不稳定，从而使动态参数不稳定，有时甚至造成电路无法正常工作。
在引起Q点不稳定的诸多因素中，温度对晶体管的影响是最主要的。
2、温度变化对静态工作点产生的影响
温度变化对静态工作点的影响主要表现为，温度变化影响晶体管的三个主要参数：
Icbo、b和Ube。
这三者随温度升高产生变化，其结果都使1CQ值增大。
硅管的1CBO小，受温度影响小，故其B和Ube受温度影响是主要的；
锗管的IcBO大，受温度影响是主要的。
3、稳定静态工作点的原则和措施
为了保证输出信号不失真，对放大电路必须设置合适的静态工作点，并保证工作点的稳
定。
（1）采用不同偏置电路稳定静态工作点的原则是：
当温度升高使Ic增大时，订要自动减小以牵制Ic的增大。
（2）稳定静态工作点可以归纳为三种方法
（1）温度补偿；
（2）直流负反馈；
（3）集成电路中采用恒流源偏置技术；
4、典型静态工作点稳定电路——分压式偏置电路的分析
1）Q点稳定原理
分压偏置电路稳定静态工作点的条件为：
I1>>IB和也>>UBE；
Rb1
UbqVccH
此时，Rb1Rb2，即当温度变化时，Ubq基本不变。
静态工作点的稳定过程为：
T（C）—Icf（IeUE=lERef（因为UBQ基本不变）tUbeIbJ
当温度降低时，各物理量向相反方向变化。
这种将输出量（lc）通过一定的方式（利用Re
将1C的变化转化为电压UE的变化）引回到输入回路来影响输入量Ube的措施称为反馈。
可见，在Q点稳定过程中，Re作为负反馈电阻起着重要的作用。
典型静态工作点稳定电路利用直流负反馈来稳定Q点。
2）分压式偏置电路的静态分析
分压式偏置电路的静态分析有两种方法：
一是戴维南等效电路法；二是估算法，这种方
法的使用条件为li>>Ibe,或者（1」）Re_Rb。
3）分压式偏置电路的动态分析
动态分析时，射极旁路电容应看成短路。
画放大电路的微变等效电路时，要特别注意射
极电阻有无被射极旁路电容旁路，正确画出“交流地”的位置，根据实际电路进行计算即可。
5、共集放大电路的组成及静态和动态分析
1）共集放大电路的组成
共集放大电路亦称为射极输出器为了保证晶体管工作在放大区，在晶体管的输入回路，
Rb、Re与VC洪同确定合适的静态基极电流；晶体管输出回路中，电源Vcc,提供集电极电
流和输出电流，并与Re配合提供合适的管压降UCe。
2）共集放大电路的静态分析
与共射电路静态分析方法基本相同。
（1）列放大电路输入方程可求得Ibq
（2）根据放大区三极管电流方程Ie^（V'）Ibq
可求得Ieq;（3）列放大电路输出方程可求得
3）共集放大电路的动态分析
UCEQ;
;
共集放大电路的动态分析方法与共射电路基本相同，只是由于共集放大电路的“交流地”
是集电极，一般习惯将“地”画在下方，所以微变等效电路的画法略有不同，如P92图2.23
（d）所示。
6、共基放大电路的静态和动态分析
1）共基放大电路的静态分析
2）共基放大电路的动态分析
共基放大电路的动态分析方法与共射电路基本相同，只是由于共基放大电路的“交流地”
是基极，一般习惯将“地”画在下方，所以微变等效电路的画法略有不同。
如P94图2.24
所示。
4、三种接法的比较
共射放大电路既有电压放大作用又有电流放大作用，输入电阻居三种电路之中，输出
电阻较大，适用于一般放大。
共集放大电路只有电流放大作用而没有电压放大作用，因其输
入电阻高而常做为多级放大电路的输入级，因其输出电阻低而常做为多级放大电路的输出级，因其放大倍数接近于1而用于信号的跟随。
共基放大电路只有电压放大作用而没有电流放大作用，输入电阻小，高频特性好，适用于宽频带放大电路。
二、本讲重点
1、放大电路稳定静态工作点的原理和常用方法；
2、分压式偏置电路Q的估算；
3、分压式偏置电路动态性能指标的计算；
4、共集和共基放大电路的性能指标计算；
5、三种接法放大电路的特点及应用场合；
三、本讲难点
1、稳定静态工作点的原理和措施；
2、分压式偏置电路、共集和共基电路微变等效电路画法及动态性能指标的计算;
四、教学组织过程
本讲以教师讲授为主。
用多媒体演示稳定静态工作点的原理和常用方法、分压式偏置电路Q的估算、动态性能指标的计算等，便于学生理解和掌握。
启发讨论三种不同接法电路各自特点及应用场合。
第八讲场效应管放大电路
一、主要内容
1场效应管放大电路的三种接法
场效应管的三个电极源极、栅极和漏极与晶体管的三个电极发射极、基极和集电极相对
应，因此在组成电路时也有三种接法：
共源放大电路、共栅放大电路和共漏放大电路。
2、FET放大电路的直流偏置
FET是电压控制器件，因此放大电路要求建立合适的偏置电压，而不要求偏置电流。
FET有JFET、MOSFET，N沟、P沟，增强型、耗尽型之分。
它们各自的结构不同，伏安特性有差异，因此在放大电路中对偏置电路有不同要求。
JFET必须反极性偏置，即Ugs与Uds极性相反；
增强型MOSFET的Ugs与Uds必须同极性偏置；
耗尽型MOSFET的Ugs可正偏、零偏或反偏。
因此，JFET和耗尽型MOSFET通常采用自给偏压和分压式偏置电路，而增强型
MOSFET通常采用分压式偏置电路。
3、FET放大电路的静态分析
考虑FET管子的输入电阻很高，FET的栅极几乎不取用电流，可以认为Igq=0。
对FET放大电路进行静态分析有两种方法：
图解法和估算法。
静态分析时只须计算三
个参数：
UGSQ、1DQ和UDSQ即可，下面分别举例说明。
1）自给偏压放大电路
共源自给偏置放大电路及其直流通路如图2.25所示
Ugs=Vg—Vs~—IsRs<0
可见依靠JFET自身的源极电流Is所产生的电压降IsRs,使得栅-源极间获得了负偏置电压。
（1）估算法静态分析
列输入回路电压方程：
Ugsq=Ugq—Usq=TsqRs=TdqRs
联解上述两式并舍去不合理的一组解，可求得UGSQ和1DQ。
列输出回路电压方程求得Udsq=Vdd_lDQ（RdRs）
（2）图解法静态分析
①列输出直流负载线方程：
Uds=Vdd—ID（Rd+Rs）
在JFET的输出特性曲线上作出直流负载线，与晶体管类似，直流负载线与横轴交点为
VDD1
VDD，纵轴交点为RdRs，斜率为RdRs。
2
iD~UGS坐标平
根据负载线与Ugs为不同值的各条输出特性曲线的交点为坐标，可在
面上作出iD=f（UGS）曲线，（动态转移特性曲线）
3列输入直流负载线方程：
Ugs=—IdRs
-1
在转移特性曲线平面上，作出输入回路的直流负载线，它通过原点，斜率为Rs。
显然，静态的Ugs与Is既要满足动态转移特性曲线所确定的约束关系，又要满足输入
回路直流负载线所确定的约束关系，因此静态工作点位于两条线的交点Q。
在图2.26（a）
和（b）图上读出Q点的值（Ugsq、Idq和Udsq）。
2）增强型FET分压式偏置电路
增强型FET分压式偏置电路如图2.27所示。
该电路利用电阻对电源Vdd进行分压，从
而给栅极提供固定的偏置电压：
因此栅源极间偏置电压由上述两部分所构成
f^g1
Ugs-Vg_VsVdd_IsRs
Rg1+Rg2
（1）估算法
由直流通路输入回路电压方程:
得:
Rg1
UGSQVDD-1DQRS
Rg1Rg2
增强型FET的电流方程:
联解上述两式并舍去不合理的一组解，可求得UGSQ和1DQ。
列输出回路电压方程求得Udsq二Vdd_IDQ（RdRs）
（2）图解法
①作出动态转移特性曲线;
Rg1VDD1
于（Rg1Rg2）Rs，斜率为Rs。
显然，动态转移特性曲线与负载线的交点Q即为该电路的静态工作点。
4、FET低频小信号等效模型
将FET看成一个二端口网络，栅极与源极之间为输入端口，漏极与源极之间为输出端口。
与双极型三极管相比，输入电阻无穷大，相当于开路。
vccs勺电流源gmVgSs还并联了一个输出电阻rds,在双极型三极管的简化模型中，因输出电阻rce很大可视为开路，在此可暂时
保留。
其它部分与双极型三极管放大电路情况一样。
1
Id=gmUgs*Uds
MOSt小信号工作时的电压方程为：
rds
式中，gm为Uds二Udsq那条转移特性曲线上Q点处的导数，即以Q点为切点的切线
的斜率。
gm是输出回路电流与输入回路电压之比，故称为跨导，其量纲为电导。
可通过对
MOSt电流方程求导，得出gm的表达式。
5、共源、共漏和共栅放大电路的动态分析
将FET的小信号等效模型代入放大电路的交流通路中画出微变等效电路，与BJT相比,
FET输入电阻无穷大，相当开路。
VCCS的电流源gmVgss还并联了一个输出电阻rds，在BJT的简化模型中，因输出电阻很大视为开路，在此可暂时保留。
其它部分与双极型三极管放大电路情况基本一致。
6、场效应管放大电路的特点
FET放大电路与BJT放大电路相比，最突出的优点是可以组成高输入电阻的放大电路，此外，由于它还有噪声低、温度稳定性好、抗辐射能力强、便于集成等特点，广泛用于各种电子电路中。
场效应管放大电路的共源接法、共漏接法与晶体管放大电路的共射、共集接法
相对应，但比晶体管电路输入电阻高、噪声系数低、电压放大倍数小，适用于做电压放大电
路的输入级。
二、本讲重点
1、场效应管放大电路静态工作点的设置方法;
2、场效应管放大电路小信号模型分析法；
3、场效应管放大电路的特点
、本讲难点
1、场效应管放大电路静态工作点的设置方法；
2、场效应管放大电路小信号模型分析法；
四、教学组织过程
本讲以教师讲授为主。
用多媒体演示FET放大电路Q点设置方法、小信号模型及其分析
方法等，便于学生理解和掌握。
启发讨论FET与BJT三种不同接法电路特性及应用对比。
第九讲习题课
一、本讲的教学目的
为了使同学们在学完第一〜二章常用半导体器件，以及由其组成的基本放大电路和多
级放大电路后,能熟练掌握二极管、三极管和放大电路的基本概念；半导体器件的特性、主要参数的物理意义及其选用原则；放大电路组成原则和工作原理、分析方法；稳定静态工作点的必要性和稳定Q点的措施；以及输出波形产生失真的原因和改善方法。
同时提高同学们
实际选用半导体器件、设计与使用放大电路的能力，培养学生的自学能力，我们特地安排这次习题课。
二、本讲教学内容
1、电路中的二极管工作状态（导通与截止）判断，二极管的箝位与限幅作用；
2、在放大电路中，三极管管脚电位与管型、材料、电极名称之间的关系；
3、三极管在电路中所处状态（放大、饱和、截止）的判断；
4、单管放大电路的静态和动态分析；
5、多级放大电路的静态和动态分析。
三、本讲教学方法
1.课前布置学生思考上述相关习题；
2.根据学生做题情况，选择优秀学生上讲台讲授自己的解题思路和解题方法；.
3.教师根据学生讲解情况，启发学生进行讨论；
4.教师总结；
〖本章小节〗
本章是学习后面各章的基础，因此是学习的重点之一。
主要内容如下：
1放大的概念
在电子电路中，放大的对象是变化量，常用的测试信号是正弦波。
放大的本质是在输入信号的作用下，通过有源元件（晶体管或场效应管）对直流电源的能量进行控制和转换，使负载从电源中获得的输出信号能量，比信号源向放大电路提供的能量大得多，
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